淺談采空區(qū)道路橋梁設(shè)計施工需要注意的相關(guān)問題

賈曉軍

(中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100097)

門頭溝采空棚戶區(qū)九龍路道路改造工程位于門頭溝新城北部老城區(qū)的北端，跨東西辛房、石泉磚廠以及城子地區(qū)，處于門頭溝采空棚戶區(qū)內(nèi)，地下存在挖煤航等。項目西起規(guī)劃黑一路與門頭溝路交叉處，向東接城子大街，道路全長約7.019Km。九龍路規(guī)劃為城市次干路，道路紅線寬度為30 米，橋涵設(shè)計荷載采用城-A 級，橋梁設(shè)計洪水頻率采用1/50。項目共布設(shè)了3 座橋梁，19 座涵洞。

圖1

石崗村中橋位于門頭溝采空棚戶區(qū)九龍路上，起點樁號為K3+104.420，終點樁號為K3+131.420，橋梁全長27m，橋梁全寬19m。上部結(jié)構(gòu)采用1×20m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板，下部結(jié)構(gòu)采用肋板式橋臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

地質(zhì)情況如下：本項目擬建場地地理位置位于北京市門頭溝區(qū)永定鎮(zhèn)九龍山山地地區(qū)，屬北京西部燕山山脈，線路延線地勢高低起伏不平。樁基地層主要為侏羅紀(jì)沉積巖層，分布于第四紀(jì)殘坡積層以下，巖性主要為強風(fēng)化- 中風(fēng)化砂巖⑤層 全風(fēng)化砂巖⑤1 層 強風(fēng)化- 中風(fēng)化砂巖⑥層 強風(fēng)化礫巖⑥1 層 中風(fēng)化砂巖⑦層。由于受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，巖體內(nèi)節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，巖體一般較破碎- 較完整，局部破碎。擬建場地的抗震設(shè)防烈度8 度，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g。根據(jù)勘察成果及區(qū)域地質(zhì)資料分析，按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011－2010)判定擬建場地為抗震一般地段；依據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》(JTG/T B02-01-2008)判定，由于路基以下局部為嚴(yán)重不均勻地層，建議按擬建場區(qū)為對建筑抗震不利地段考慮。擬建場地建筑的場地類別建議綜合按Ⅱ類考慮。地層中分布有粒徑較大的漂石、塊石(屬堅硬埋藏物)，鉆孔灌注樁施工時應(yīng)充分考慮其對施工質(zhì)量、工程進度等方面的不利影響，施工中應(yīng)嚴(yán)控成孔、成樁質(zhì)量，并應(yīng)采取有效措施控制孔底沉渣厚度。

0 號臺大樁號C 樁在成孔5 米時，泥漿突然不見，調(diào)查發(fā)現(xiàn)在鉆孔位置有一豎向溶洞巷道，直徑約80cm，在成孔5米位置探10 米未見底。該豎向溶洞巷道無法為該樁提供側(cè)摩阻力，樁基承載力大幅減少，并且影響到B、C’、D 、D’四根樁基，無法保證橋梁結(jié)構(gòu)安全。

相關(guān)單位召開四次會議，確定首先進行地質(zhì)勘察。(1)將0#臺C 樁小里程方向平移5m 鉆孔發(fā)現(xiàn)橫向巷道，再平移5m，即0#臺共往小里程方向平移10m 未發(fā)現(xiàn)采空。(2)沿河道位置進行地質(zhì)勘察，布置見圖2，未發(fā)現(xiàn)采空。

圖2

根據(jù)地質(zhì)勘察補勘情況及會議紀(jì)要，綜合分析提出以下3 個可能可行方案(2 個橋梁方案和1 個箱涵方案)。

方案一：0#臺右半幅加長10m，左半幅不變，需在路橋縱向分界設(shè)置擋墻。并核定其他樁基承載力情況。左半福為20m 空心板+10 米路基，右半幅為30 米T 梁。該方案存在兩側(cè)橋梁橋長不一致，梁高不一致，景觀性較差；路橋分界處采用擋墻施工，后期不均勻沉降難以控制，施工難度大，工期長。如果采用該方案需要進行以下工作：a.需要對樁基承載力按照摩擦樁進行計算，如樁長不滿足要求，需進行補樁；b.對于已成樁需進行補鉆，探明樁底至采空區(qū)的厚度是否大于5m 要求；c.橋臺結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜需進行驗算。經(jīng)初步測算需增加費用309.8萬元。(圖3)

圖3

方案二：0#臺整體加長10m，平移后為30m 跨徑T 梁橋。廢棄已澆筑左側(cè)四根樁。該方案全橋上、下部結(jié)構(gòu)型式一致，較為美觀。該方案施工難度適中，工期長。若采用該方案需進行下一步工作：a. 橋梁跨徑增大，已實施樁基承載力不滿足要求，需進行補樁并修正橋臺尺寸；b.對于已成樁需進行補鉆，探明樁底至采空區(qū)的厚度是否滿足大于5m 要求。經(jīng)初步測算需增加費用404.2 萬元。(圖4)

圖4

方案三：1-6.0×4.0m 現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵(見圖5)，經(jīng)過與北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院進行溝通，得知所跨規(guī)劃河道50 年洪水流量為27.1m3/s，水深為1.87m，流速為2.4m/s。涵長約32m。按照暗涵設(shè)計，路面結(jié)構(gòu)布置與道路路基段一致，較為美觀，也不存在后期不均勻沉降的隱患。施工簡單，工期較短。若采用該方案需進一步落實以下問題：a.此方案過水?dāng)嗝媾c河道規(guī)劃斷面不一致，能否滿足行洪與規(guī)劃橫斷面型式要求，需征求水務(wù)和規(guī)劃部門的批復(fù)意見；b.箱涵建設(shè)完成后，河道若需要整改，該節(jié)點箱涵較橋梁選擇空間小，難以進行處理。經(jīng)初步測算需增加費用8.5 萬元。

圖5

綜合分析，考慮存在以下問題：a.采空區(qū)挖煤巷道非正規(guī)單位開采，通過該區(qū)域煤礦局搜集資料，無采空區(qū)相關(guān)資料；綜合地質(zhì)勘察單位意見探明采空區(qū)非常困難，周期長，費用高，且無探明的必要。b.地質(zhì)勘查樁位鉆孔直徑約0.15m，而橋梁樁基直徑為1.2m，方案一、方案二施工時樁基鉆孔過程中仍有可能出現(xiàn)碰到采空區(qū)現(xiàn)象，如施工時出現(xiàn)采空現(xiàn)象則重新調(diào)整橋梁方案，施工存在較大風(fēng)險，不確定性強。c.補勘鉆孔深度為20m，30m 跨徑需要樁長20m 左右，則設(shè)計樁底高程在補勘鉆孔深度以下，樁底以下持力層深度范圍內(nèi)地質(zhì)情況不明確，需要增加鉆孔深度，需要地勘單位二次進場補勘。d. 需采取樁基靜載試驗測定樁的承載力，如出現(xiàn)樁基承載力不滿足設(shè)計要求，則仍需重新調(diào)整橋梁方案，后續(xù)需開展相關(guān)檢測工作，根據(jù)檢測結(jié)果確定是否調(diào)整橋梁方案。e.本線路K2+238.843 岳家坡村中橋0#臺承臺基坑開挖時，發(fā)現(xiàn)往小里程方向有橫向巷道。岳家坡村中橋樁基、承臺已施工完畢，但樁基周圍有沒有采空區(qū)存在，新鉆樁基存在與石崗村中橋周邊存在采空巷道同樣問題，需要確認(rèn)，排除安全隱患。f.采空區(qū)非正規(guī)單位開采，無采空區(qū)相關(guān)資料；采空區(qū)是否進行回填？如果進行回填，工程量統(tǒng)計困難且非常巨大難估。

綜合考慮并結(jié)合補勘資料，若采用橋梁加長方案，考慮采空區(qū)巷道非正規(guī)單位開采，分布不規(guī)則，施工風(fēng)險大。經(jīng)多方案比選，深入論證研究，咨詢相關(guān)專家意見，普遍認(rèn)為該處適宜建設(shè)涵洞工程，若流量較大可采用多空涵洞過水。后與規(guī)劃部門溝通，得知所跨規(guī)劃河道50 年洪水流量為27.1m3/s，水深為1.87m，流速為2.4m/s，可改為1-6×4m 現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵，涵長約32m。綜合考慮該處地層為巖石，地基承載力高，巷道埋深較深，征求各單位意見，最終選用涵洞方案，滿足河流過水要求。

結(jié)束語

采空區(qū)道路橋涵工程在設(shè)計之初要積極考慮采空區(qū)的設(shè)計自身特點，要高度重視采空區(qū)的道路橋涵工程設(shè)計條件，注意收集區(qū)域相關(guān)的采空區(qū)即有資料，在勘察過程中要加強采空區(qū)域的勘察探查工作，為設(shè)計提供詳實的設(shè)計基礎(chǔ)資料，使橋涵設(shè)計更安全可靠經(jīng)濟，確保工程順利完成。采空區(qū)橋梁樁基施工若碰到采空巷道問題，要及時查明該地區(qū)采空區(qū)地質(zhì)情況，加強勘察方面的產(chǎn)出投入，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行多方案對比，特別是橋梁和涵洞的對比分析，在滿足河道的泄洪排澇需求的前提下，充分分析巷道的穩(wěn)定性和承載力，對其進行穩(wěn)定性評價分析，計算其臨界安全深度值，評價分析采空區(qū)塌陷危險性，從而得出采用什么處理方案。

采空區(qū)的城市道路項目設(shè)計施工，特別是橋涵的設(shè)計施工要引起高度重視，充分認(rèn)識到采空區(qū)對橋涵破壞帶來的巨大安全隱患。在設(shè)計之初就要重視勘察、設(shè)計的前期踏勘和走訪工作，認(rèn)真了解該區(qū)域的采空區(qū)情況，在設(shè)計中予以避讓，盡量規(guī)避降低施工風(fēng)險，確保我們采空區(qū)道路橋涵的設(shè)計時安全的、可靠的、經(jīng)濟的，同時也是讓人民放心的工程。